JP2015182092A - レーザー溶接検査装置及びレーザー溶接検査方法 - Google Patents

レーザー溶接検査装置及びレーザー溶接検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】溶接欠陥の判定精度を向上できるレーザー溶接検査装置を提供する。【解決手段】ワークＷの溶接部Ｙに検査用レーザー光を照射するレーザー照射ヘッド１０と、検査用レーザー光の溶接部Ｙからの戻り光を受光する受光部３０と、少なくとも溶接部Ｙに照射される検査用レーザー光のレーザー集光径Ｄ１、並びに、溶接部Ｙからの戻り光を認識するモニタ径Ｄ２を調節する光学系２０と、光学系２０を制御するとともに、戻り光の強度に基づいて溶接部Ｙの溶接欠陥の有無を判定するコントローラ５０と、を備えるレーザー溶接検査装置１００であって、コントローラ５０は、光学系２０を制御して、溶接部Ｙからの戻り光を認識するモニタ径Ｄ２をレーザー集光径Ｄ１の１．５倍以下とする。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザー溶接検査装置及びレーザー溶接検査方法の技術に関する。
レーザー溶接とは、レーザー光をワーク（例えば、２枚の鋼板）に照射し、ワークを局部的に溶融及び凝固させることによってワークを接合する溶接である。レーザー溶接検査とは、レーザー溶接によるワークの溶接部の溶接欠陥の有無を判定する検査である。
レーザー溶接検査として、ワークの溶接部に検査用レーザー光を照射し、検査用レーザー光の溶接部からの戻り光を受光し、戻り光の強度に基づいて溶接部の溶接欠陥の有無を判定するレーザー溶接検査が公知である。例えば、特許文献１には、戻り光強度の時間的周期変化により溶接部の溶接欠陥の有無を判定するレーザー溶接検査が開示されている。
ところで、レーザー溶接では、溶接部に検査用レーザーを照射する際に、レーザー照射点付近から金属蒸気が発生し、発生した金属蒸気が溶接部から煙状に揺らぐ現象が生じる。そして、この金属蒸気からも戻り光が発生する。
そのため、特許文献１に開示されるような従来のレーザー溶接検査では、レーザー集光径に対し溶接部において戻り光を認識する領域（モニター径）が大きい場合には、金属蒸気から発生する戻り光を検知し、検知した金属蒸気からの戻り光が時間的周期変化に影響を及ぼして、溶接部の溶接欠陥の有無を誤判定するおそれがある。
このように従来のレーザー溶接検査では、未だ溶接欠陥を誤判定することもあり、レーザー溶接検査工程の無人化には至っていない。そこで、レーザー溶接検査では、金属蒸気から発生する戻り光を検知することなく、溶接欠陥の判定精度を向上することが望まれている。
特開２０１２−２１３８０６号公報
本発明の解決しようとする課題は、溶接欠陥の判定精度を向上できるレーザー溶接検査装置及びレーザー溶接検査方法を提供することである。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、ワークの溶接部に検査用レーザー光を照射するレーザー照射ヘッドと、前記検査用レーザー光の前記溶接部からの戻り光を受光する受光部と、少なくとも前記溶接部に照射される前記検査用レーザー光のレーザー集光径、並びに、前記溶接部からの戻り光を認識する領域を調節する光学系と、前記光学系を制御するとともに、前記戻り光の強度に基づいて前記溶接部の溶接欠陥の有無を判定する制御手段と、を備えるレーザー溶接検査装置であって、前記制御手段は、前記光学系を制御して、前記溶接部からの戻り光を認識する領域の領域径を前記レーザー集光径の１．５倍以下とするものである。
請求項２においては、ワークの溶接部に検査用レーザー光を照射し、該検査用レーザー光の該溶接部からの戻り光を受光し、該戻り光の強度に基づいて該溶接部の溶接欠陥の有無を判定するレーザー溶接検査方法であって、前記溶接部からの戻り光を認識する領域の領域径を、前記溶接部に照射されるレーザー集光径の１．５倍以下とするものである。
本発明のレーザー溶接検査装置及びレーザー溶接検査方法によれば、溶接欠陥の判定精度を向上できる。
レーザー溶接検査装置の構成を示した模式図。 集光径とモニタ径との関係を示した模式図。 レーザー溶接検査工程の流れを示したフロー図。
図１を用いて、レーザー溶接検査装置１００の構成について説明する。
なお、図１では、レーザー溶接検査装置１００の構成を模式的に表している。また、図１では、説明を分かり易くするため、照射レーザー光を実線で表し、戻り光を二点鎖線で表し、電気信号線を破線で表している。
レーザー溶接検査装置１００は、本発明のレーザー溶接検査装置に係る実施形態である。レーザー溶接検査装置１００は、レーザー溶接によるワークＷの溶接部Ｙの溶接欠陥の有無を判定する検査装置である。
なお、本実施形態のレーザー溶接検査装置１００は、通常のレーザー溶接装置として用いられているものであって、溶接用レーザー光を照射してレーザー溶接装置として用いられる一方で、後述する検査用レーザー光を照射してレーザー溶接検査装置としても用いられる。
なお、本実施形態のワークＷは、２枚の鋼板１０１・１０２を重ね合わせたものであって、レーザー溶接検査装置１００によって溶接用レーザー光が照射され、溶接部Ｙが形成されているものとする。
レーザー溶接検査装置１００は、レーザー照射ヘッド１０と、光学系２０と、受光部３０と、制御手段としてのコントローラ５０と、を備えている。
レーザー照射ヘッド１０は、レーザー発振器（図示略）によって発振され、光路１１によって導かれた検査用レーザー光をワークＷに照射するものである。光路１１は、ミラーによって検査用レーザー光を折り返して伝送する、あるいは、光ファイバーによって検査用レーザー光を自在に湾曲して伝送するものである。
光学系２０は、複数枚のミラー２５・２５を備えている。光学系２０は、複数枚のミラー２５・２５を調整することによって、レーザー照射ヘッド１０から溶接部Ｙに照射される検査用レーザー光を適切なサイズに集光し、ワークＷ上で走査させるものである。
また、光学系２０は、複数枚のミラー２５・２５を調整することによって、ワークＷの溶接部Ｙにおけるレーザー集光径Ｄ１を調節するものである。さらに、光学系２０は、複数枚のミラー２５・２５を調整することによって、ワークＷの溶接部Ｙからの戻り光を認識する領域（以下、モニタ径Ｄ２）を調節するものである。
すなわち、本実施形態の光学系２０は、少なくとも検査用レーザー光の溶接部Ｙにおけるレーザー集光径Ｄ１、並びに、溶接部Ｙからの戻り光を認識するモニタ径Ｄ２を調節するものとする（図２参照）。
受光部３０は、検査用レーザー光の溶接部Ｙからの戻り光を受光するものであって、溶接部Ｙにおけるモニタ径Ｄ２からの戻り光を受光して認識する。受光部３０は、複数のミラー３５と、レーザー光受光部３１と、プラズマ光受光部３２と、赤外線受光部３３と、を備えている。
レーザー光受光部３１は、溶接部Ｙに吸収されなかったレーザー光自体（波長１０６０ｎｍ近傍）がミラー３５によって折り返され、受光される部分である。
プラズマ光受光部３２は、キーホール（溶接部Ｙの凹み）からの金属蒸発によって発生するプラズマ光（波長１１００ｎｍ以上）がミラー３５によって折り返され、受光される部分である。
赤外線受光部３３は、溶接部Ｙの溶解金属熱の放射による赤外線（波長６００ｎｍ以下）がミラー３５によって折り返され、受光される部分である。
コントローラ５０は、光学系２０と、受光部３０と、に接続されている。コントローラ５０は、光学系２０を制御する機能を有している。また、コントローラ５０は、受光部３０に受光される戻り光の強度に基づいて溶接部Ｙの溶接欠陥の有無を判定する機能を有している。
図２を用いて、集光径Ｄ１とモニタ径Ｄ２との関係について説明する。
なお、図２では、集光径Ｄ１とモニタ径Ｄ２との関係を平面視にて模式的に表している。また、図２では、集光径Ｄ１を実線で表し、モニタ径Ｄ２を破線で表し、走査軌跡Ｃを二点鎖線で表している。走査軌跡Ｃは、検査用レーザー光をワークＷ上で走査させた際の、検査用レーザー光の軌跡である。
本実施形態のレーザー溶接検査装置１００は、溶接部Ｙにおいて、例えば検査用レーザー光を円形状の走査軌跡Ｃにて４周させ、戻り光強度の時間的周期変化により溶接部Ｙの溶接欠陥の有無を判定するものとする。
ここで、特記すべき事項として、本実施形態のレーザー溶接検査装置１００では、モニタ径Ｄ２が集光径Ｄ１の１．５倍以下であるとともに、モニタ径Ｄ２が集光径Ｄ１の０．７倍以上となるように、コントローラ５０によって、光学系２０を調整するものとする。
図３を用いて、レーザー溶接検査工程Ｓ１００の流れについて説明する。
なお、図３では、レーザー溶接検査工程Ｓ１００の流れをフローチャートによって表している。
レーザー溶接検査工程Ｓ１００は、本発明のレーザー溶接検査方法に係る実施形態である。レーザー溶接検査工程Ｓ１００は、レーザー溶接検査装置１００を用いて、レーザー溶接によるワークＷの溶接部Ｙの溶接欠陥の有無を判定する検査工程である。
ステップＳ１１０において、コントローラ５０は、光学系２０を調整して、溶接部Ｙに検査用レーザー光を所定の集光径Ｄ１にて照射する。このとき、コントローラ５０は、光学系２０を調整して、上述したように、検査用レーザー光を円形状の走査軌跡Ｃにて４周させる。
ステップＳ１２０において、受光部３０は、溶接部Ｙ（円形状の走査軌跡Ｃ）における検査用レーザー光の戻り光を受光する。
このとき、コントローラ５０は、上述したように、モニタ径Ｄ２が集光径Ｄ１の１．５倍以下となるように光学系２０を調整して、必要以上の領域の戻り光を受光することを防いでいる。そのため、レーザー照射点付近から金属蒸気が発生し、発生した金属蒸気が溶接部Ｙから煙状に揺らぎ、金属蒸気からも戻り光が発生すものの、受光部３０が金属蒸気からの戻り光を検知することを防止できる。
ステップＳ１３０において、コントローラ５０は、溶接部Ｙ（円形状の走査軌跡Ｃ）における検査用レーザー光の戻り光の強度を解析する。
ステップＳ１４０において、コントローラ５０は、戻り光強度の時間的周期変化により溶接部Ｙの溶接欠陥の有無を判定する。具体的には、コントローラ５０は、戻り光強度の時間的変化（走査軌跡Ｃにて４周させた場合）において周期的に顕著に強度が低い部分がある場合等は、溶接不良（穴あき、片落ち）であると判定する。
レーザー溶接検査装置１００及びレーザー溶接検査方法Ｓ１００の効果について説明する。
レーザー溶接検査装置１００及びレーザー溶接検査方法Ｓ１００によれば、溶接欠陥の判定精度を向上できる。
すなわち、レーザー溶接検査装置１００及びレーザー溶接検査方法Ｓ１００によれば、モニタ径Ｄ２が集光径Ｄ１の１．５倍以下となるように、コントローラ５０によって光学系２０を調整し、レーザー照射点付近から発生した金属蒸気の影響を低減し、溶接欠陥の判定精度を向上できる。
１０ レーザー照射ヘッド
２０ 光学系
３０ 受光部
５０ コントローラ（制御手段）
１００ レーザー溶接検査装置
Ｄ１ 集光径
Ｄ２ モニタ径
Ｙ 溶接部

Claims (2)

  1. ワークの溶接部に検査用レーザー光を照射するレーザー照射ヘッドと、
    前記検査用レーザー光の前記溶接部からの戻り光を受光する受光部と、
    少なくとも前記溶接部に照射される前記検査用レーザー光のレーザー集光径、並びに、前記溶接部からの戻り光を認識する領域を調節する光学系と、
    前記光学系を制御するとともに、前記戻り光の強度に基づいて前記溶接部の溶接欠陥の有無を判定する制御手段と、
    を備えるレーザー溶接検査装置であって、
    前記制御手段は、前記光学系を制御して、前記溶接部からの戻り光を認識する領域の領域径を前記レーザー集光径の１．５倍以下とする、
    レーザー溶接検査装置。
  2. ワークの溶接部に検査用レーザー光を照射し、該検査用レーザー光の該溶接部からの戻り光を受光し、該戻り光の強度に基づいて該溶接部の溶接欠陥の有無を判定するレーザー溶接検査方法であって、
    前記溶接部からの戻り光を認識する領域の領域径を、前記溶接部に照射されるレーザー集光径の１．５倍以下とする、
    レーザー溶接検査方法。
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